劉希臣 方 宇 倪先茂

（中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司 成都 610041）

0 前言

隨著國(guó)家鼓勵(lì)企業(yè)“走出去”、“一帶一路”、“去庫(kù)存、去產(chǎn)能”和“轉(zhuǎn)型升級(jí)、創(chuàng)新發(fā)展”等重大戰(zhàn)略決策的逐步展開(kāi)和落實(shí)，海外建筑設(shè)計(jì)市場(chǎng)的拓展勢(shì)必會(huì)成為未來(lái)發(fā)展的熱點(diǎn)。對(duì)于國(guó)內(nèi)建筑設(shè)計(jì)而言，開(kāi)拓海外市場(chǎng)是一項(xiàng)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。陌生的海外市場(chǎng)充滿激烈競(jìng)爭(zhēng)，諸多不明因素導(dǎo)致了開(kāi)拓海外市場(chǎng)的不可預(yù)測(cè)、不可掌控性[1-3]。

對(duì)于暖通設(shè)計(jì)，海外項(xiàng)目同樣具有眾多特殊性，包括規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、負(fù)荷計(jì)算方法、地理位置、氣候條件、自然資源特性及分布、人們對(duì)冷熱的敏感度等等，這些因素都與暖通設(shè)計(jì)息息相關(guān)，對(duì)暖通設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[4-6]。

由于目前我國(guó)尚無(wú)適用于海外項(xiàng)目的暖通設(shè)計(jì)體系，缺乏對(duì)國(guó)際上通用的相關(guān)計(jì)算方法、設(shè)計(jì)思路、系統(tǒng)形式的研究，造成了海外項(xiàng)目暖通設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)人員不熟悉相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范體系，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的順利推進(jìn)造成了一定的影響[7]，基于此，本文將對(duì)海外國(guó)際項(xiàng)目的暖通設(shè)計(jì)體系相關(guān)的重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行研究，對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)體系中的暖通設(shè)計(jì)差異性關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行梳理，為海外項(xiàng)目的暖通設(shè)計(jì)提供參考。

1 海外項(xiàng)目規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系

對(duì)于暖通空調(diào)設(shè)計(jì)技術(shù)性規(guī)定文件，各國(guó)用詞不同，經(jīng)常使用的有：規(guī)范（Code）、標(biāo)準(zhǔn)（Standard）、導(dǎo)則（Guide）、手冊(cè)（Handbook）。全球范圍內(nèi)，每個(gè)國(guó)家及地區(qū)都會(huì)有其遵循的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及體系，比較常見(jiàn)的有美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)、英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)、法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)、日本標(biāo)準(zhǔn)及俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)根據(jù)項(xiàng)目的所在地情況，還有可能涉及項(xiàng)目所在國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)?？傮w而言，使用最廣泛的為美標(biāo)和英標(biāo)，其中美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)在全球的應(yīng)用最為廣泛，權(quán)威性也最強(qiáng)，因此本文主要以美標(biāo)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。

在暖通設(shè)計(jì)領(lǐng)域，應(yīng)用最多的美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)體系為ASHRAE 和NFPA 及國(guó)際規(guī)范（International Mechanical Code），其中ASHRAE 主要側(cè)重于供暖、空調(diào)及通風(fēng)的設(shè)計(jì)（也會(huì)有涉及消防部分），NFPA 主要針對(duì)消防及防排煙的設(shè)計(jì)，除此之外，美國(guó)各州也有其各自的規(guī)范。本文主要對(duì)ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行分析。

ASHRAE 標(biāo)準(zhǔn)體系中，最常用的標(biāo)準(zhǔn)主要為：

（1）Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings （Standard 90.1），公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；

（2）Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy（Standard 55），室內(nèi)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)；

（3）Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality（Standard 62.1），公共建筑室內(nèi)空氣品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；

（4）Ventilation and Acceptable Indoor Air Quality in Low-Rise Residential Building（Standard 62.2），居住建筑室內(nèi)空氣品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；

（5）Climate Data for Building Design Standards（Standard 169），建筑設(shè)計(jì)氣象參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

同時(shí)其編制的ASHRAE Handbook（暖通空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)）是目前全球使用最廣泛的設(shè)計(jì)手冊(cè)，包括4個(gè)獨(dú)立分冊(cè)，分別為：Fundamentals（基本原理）、Refrigeration（制冷）、HVAC Application（暖通空調(diào)應(yīng)用）及HVAC Systems and Equipment（暖通空調(diào)系統(tǒng)及設(shè)備）。

2 主要差異性分析

2.1 室外設(shè)計(jì)參數(shù)

國(guó)標(biāo)中對(duì)于室外設(shè)計(jì)參數(shù)，以不保證率的形式給出（小時(shí)不保證率、日不保證率），每種不同類型的設(shè)計(jì)參數(shù)，均基于不保證率給出一個(gè)確定的數(shù)值。ASHRAE 標(biāo)準(zhǔn)體系是以小時(shí)的不保證率進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)。國(guó)標(biāo)與ASHRAE 在不保證率方面的對(duì)比如表1所示。

表1 國(guó)標(biāo)與ASHRAE 不保證率對(duì)比Table 1 Comparison of no-guarantee rate between national standard and ASHRAE

相對(duì)于國(guó)標(biāo)，AHSRAE 標(biāo)準(zhǔn)給出的數(shù)據(jù)更為豐富，每一種類型的數(shù)據(jù)都有幾種不同的保證率，不僅給出了基于全年不保證率數(shù)值，同時(shí)對(duì)于每一月份，也分別給出了不同不保證下的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，讓設(shè)計(jì)者在不同的使用情況下可以具體靈活地選擇。同時(shí)ASHRAE 標(biāo)準(zhǔn)在室外設(shè)計(jì)參數(shù)的確定上，考慮了溫度與濕度的相互耦合特性，例如按不保證率為1%確定夏季干球設(shè)計(jì)溫度時(shí)，其對(duì)應(yīng)的濕球溫度即為該干球溫度下對(duì)應(yīng)的濕球溫度平均值。

2.2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)主要包括室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度、濕度、風(fēng)速等，按國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)原則，確定室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)的方法為：相關(guān)規(guī)范對(duì)不同類型建筑、房間的設(shè)計(jì)溫度、濕度及風(fēng)速均進(jìn)行了范圍規(guī)定，設(shè)計(jì)師只需按規(guī)范取值即可。但ASHRAE 設(shè)計(jì)體系，并未給出明確的室內(nèi)參數(shù)范圍（見(jiàn)表2），只是提出了舒適性參數(shù)的要求，設(shè)計(jì)師需綜合考慮新陳代謝強(qiáng)度、服裝熱阻、空氣溫度、輻射溫度、空氣流速、空氣濕度六個(gè)參數(shù)，并計(jì)算在這些參數(shù)作用下的舒適性，只需保證舒適性指標(biāo)滿足規(guī)范要求，即可說(shuō)明室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇是合理的。

表2 國(guó)標(biāo)與ASHRAE 室內(nèi)參數(shù)選擇方法對(duì)比Table 2 Comparison of indoor design parameters between national standard and ASHRAE

由此可見(jiàn)，在室內(nèi)參數(shù)確定方面，ASHRAE方法與國(guó)內(nèi)方法相差較大，其綜合考慮了不同參數(shù)的影響，該方法更合理，更具靈活性。對(duì)于給定的濕度，空氣流速，新陳代謝強(qiáng)度，和衣服熱阻，可以確定一個(gè)舒適區(qū)，在這個(gè)舒適區(qū)內(nèi)環(huán)境溫度都是可接受的范圍，該種性能化的設(shè)計(jì)方法目前無(wú)法在國(guó)內(nèi)直接使用，但可以采用該方法對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)核，以確定室內(nèi)人員的舒適度。

圖1使用一個(gè)簡(jiǎn)化的圖表方法來(lái)確定不同條件下的可接受的舒適區(qū)溫度范圍，新陳代謝強(qiáng)度在1.0 到1.3met 范圍內(nèi)，衣服熱阻度在0.5 到1.0clo范圍內(nèi)，可以使用這種方法。在這個(gè)舒適區(qū)內(nèi)，考慮到PMV-PPD 指標(biāo)下個(gè)體的不滿意度為10%，再加上局部熱舒適的平均10%的不滿意度，80%的受試者都是可接受的。圖1的舒適區(qū)域的空氣流速不大于0.2m/s，由圖可見(jiàn)，舒適區(qū)域分成了兩部分，一部分的衣服熱阻為0.5clo，一部分的衣服熱阻為1clo，這兩個(gè)值分別可以代表典型冷熱條件下人的穿著情況。

圖1 熱舒適圖表法Fig.1 Chart of thermal comfort

表3 PMV 指標(biāo)劃分Table 3 PMV index

預(yù)測(cè)平均評(píng)價(jià)（PMV）使用熱平衡原理來(lái)關(guān)聯(lián)影響熱舒適的6 個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，將人群對(duì)熱的反應(yīng)進(jìn)行熱敏感度評(píng)定。預(yù)測(cè)不滿意率（PPD）是指環(huán)境中受試者對(duì)于該環(huán)境的熱感覺(jué)投票比例。PPD 是以PMV 的0 值軸對(duì)稱，如圖2所示。通過(guò)計(jì)算PMV-PPD 的數(shù)值，判斷其計(jì)算結(jié)果是否在可接受的熱環(huán)境中（見(jiàn)表4），可以確定設(shè)計(jì)參數(shù)是否可以給人們帶來(lái)舒適。ASHRAE 標(biāo)準(zhǔn)PMV 的使用需要空氣流速在0.2m/s 以下，在某些情況下，適當(dāng)提高空氣流速來(lái)增加舒適區(qū)運(yùn)行溫度的上限也是可行的。

圖2 PMV-PPD 相互關(guān)系圖Fig.2 Correlation diagram between PMV and PPD

表4 可接受熱環(huán)境PMV-PPD 限值Table 4 Acceptable PMV-PPD limit for thermal environment

2.3 新風(fēng)量的確定

國(guó)內(nèi)一般按照人員新風(fēng)量法確定新風(fēng)供應(yīng)量，但ASHRAE 按人員及面積雙重指標(biāo)的方法確定新風(fēng)量，根據(jù)ASHRAE62.1 的規(guī)定，新風(fēng)量的確定方法見(jiàn)下式：

其中，A為區(qū)域的面積，m ；Pz為區(qū)域的人數(shù)；Rp為每個(gè)人所需要的新風(fēng)量指標(biāo)；Ra為每平米面積所需的新風(fēng)量指標(biāo)。

新風(fēng)量確定中，常用的指標(biāo)可按表5來(lái)確定，區(qū)域的人數(shù)應(yīng)為該區(qū)域的最大在室人數(shù)，對(duì)于某區(qū)域，若其在室人數(shù)無(wú)法確定，則需根據(jù)表5估計(jì)在室人數(shù)。不同類型空間的新風(fēng)量指標(biāo)參數(shù)選擇如表5所示。

表5 不同區(qū)域的最小通風(fēng)量（部分）Table 5 Minimum ventilation rate in different areas

2.4 負(fù)荷計(jì)算方法

在負(fù)荷計(jì)算方面，以CARRIER E20-II 軟件為例進(jìn)行說(shuō)明，CARRIER E20-II 軟件是目前國(guó)際上認(rèn)可的負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備選型計(jì)算軟件之一，它由美國(guó)開(kāi)利集團(tuán)研發(fā)。此軟件基于國(guó)際上權(quán)威的ASHRAE（美國(guó)采暖，制冷與空調(diào)工程師學(xué)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)，而且通過(guò)多年的應(yīng)用，它的性能穩(wěn)定、功能齊全、運(yùn)行可靠，是國(guó)際公認(rèn)的一流的成熟的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件。

CARRIER E20-Ⅱ軟件的中的HAP Hourly Analysis Program（逐時(shí)分析程序）（以下簡(jiǎn)稱HAP）和國(guó)內(nèi)常用的空調(diào)負(fù)荷軟件相比，主要有以下幾方面的差異性。

（1）設(shè)計(jì)思路不同

HAP 運(yùn)用了系統(tǒng)-區(qū)域-空間的設(shè)計(jì)思路。即先從工程本身的系統(tǒng)性考慮，先確定建筑的空調(diào)形式，然后在不同系統(tǒng)里劃分區(qū)域，再把這些區(qū)域里的每個(gè)空間做單獨(dú)計(jì)算。

（2）對(duì)設(shè)備選型的思路不同

負(fù)荷計(jì)算的根本目標(biāo)都是用來(lái)選擇要使用的設(shè)備。HAP 從設(shè)備選型出發(fā)的結(jié)果導(dǎo)向設(shè)計(jì)思路，在計(jì)算一開(kāi)始就要把系統(tǒng)和設(shè)備類型進(jìn)行定義。采用設(shè)備選型出發(fā)的結(jié)果導(dǎo)向設(shè)計(jì)思路，每一步的設(shè)置都是圍繞設(shè)備選型這個(gè)目標(biāo)，而不是單純的對(duì)每個(gè)空間的負(fù)荷計(jì)算。

（3）對(duì)氣象參數(shù)的設(shè)置范圍和功能不同

HAP 有較為強(qiáng)大的海外氣象資料數(shù)據(jù)庫(kù)和氣象模擬計(jì)算功能。此軟件中存儲(chǔ)了世界大部分國(guó)家和地區(qū)的氣象資料，而且具有氣象資料的模擬計(jì)算功能，對(duì)一些氣象數(shù)據(jù)不全的地區(qū)，只要輸入主要的參數(shù)，比如海拔，經(jīng)緯度之類的，也可以得到較為準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)很大方便，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)暖通設(shè)計(jì)中的國(guó)標(biāo)及美國(guó)ASHRAE 標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行對(duì)比，研究了兩種設(shè)計(jì)體系的理念、方法的差異性，分析了美標(biāo)中主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定原則，為海外項(xiàng)目暖通設(shè)計(jì)提供了參考。

（1）對(duì)于室外設(shè)計(jì)參數(shù)，供冷與供熱情況時(shí)，美標(biāo)均以小時(shí)不保證率給出設(shè)計(jì)參數(shù)，同時(shí)對(duì)于每一月份，也分別給出了不同不保證下的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，讓設(shè)計(jì)者在不同的使用情況下可以具體靈活地選擇；

（2）對(duì)于室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)，美標(biāo)采用舒適區(qū)的方法進(jìn)行確定，即基于新陳代謝強(qiáng)度、服裝熱阻、空氣溫度、輻射溫度、空氣流速、空氣濕度六個(gè)參數(shù)進(jìn)行舒適區(qū)的計(jì)算，從而確定室內(nèi)滿足舒適要求的設(shè)計(jì)參數(shù)；

（3）對(duì)于新風(fēng)量，美標(biāo)根據(jù)人員及面積雙重指標(biāo)的方法進(jìn)行確定；

（4）對(duì)于負(fù)荷計(jì)算，美標(biāo)采用系統(tǒng)-區(qū)域-空間的設(shè)計(jì)思路，即先從工程本身的系統(tǒng)性作為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行空調(diào)負(fù)荷的計(jì)算。